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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Übergabestation zum temporären Lagern von wenigstens einer Wechselmatrize, wobei die Wechselmatrize von einem Fügewerkzeug zur Durchführung wenigstens eines die Wechselmatrize verwendenden Fügevorganges aus der Übergabestation ausgelagert und nach Durchführung des Fügevorganges wieder in die Übergabestation eingelagert werden kann, mit wenigstens Wechselmatrizenaufnahme zur Aufnahme der Wechselmatrize.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fügewerkzeugsystem mit einem Fügewerkzeug, das einen Matrizenaufnahmeabschnitt aufweist, mit einer Mehrzahl von Wechselmatrizen, die einen Matrizenkopf und einen Matrizenschaft aufweisen, und mit einer solchen Übergabestation.
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Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Fügen mittels eines Fügewerkzeuges, das einen Matrizenaufnahmeabschnitt für eine Wechselmatrize aufweist, mit den Schritten, das Fügewerkzeug zu einer Übergabestation zu bewegen, an der eine Wechselmatrize temporär gelagert ist, die Wechselmatrize in einen Matrizenaufnahmeabschnitt des Fügewerkzeuges zu übernehmen, wobei eine axiale Relativbewegung zwischen dem Matrizenaufnahmeabschnitt und der Wechselmatrize erfolgt, und schließlich einen Fügeprozess unter Verwendung der Wechselmatrize durchzuführen.
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Die verwendeten Wechselmatrizen können zum Clinchen oder zum Nieten verwendet werden, insbesondere zum Stanznieten. Das Matrizenmerkmal kann bspw. eine axiale Ausnehmung sein, die kegelstumpfförmig ausgebildet ist, mit oder ohne Erhebung in der Mitte, etc.
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Das Fügewerkzeug kann ein für die oben genannten Fügeprozesse geeignetes Werkzeug sein, das insbesondere einen C-Rahmen aufweist, an dessen einem Schenkel das Werkzeug, wie bspw. ein Stanzpresswerkzeug angeordnet ist, und an dessen anderem Schenkel die Wechselmatrize festgelegt wird.
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Ein bislang übliches Konzept zum Befestigen der Wechselmatrize an dem Matrizenaufnahmeabschnitt besteht darin, in dem Matrizenaufnahmeabschnitt eine Querbohrung hin zu der Schaftaufnahme vorzusehen. Hierüber kann die Wechselmatrize bspw. mittels einer Madenschraube festgelegt werden. Diese Art der Befestigung lässt einen automatisierten Wechsel der Matrize jedoch nur mit hohem Aufwand zu. Zudem ist die Querbohrung vergleichsweise groß, so dass der Matrizenaufnahmeabschnitt von der Festigkeit her geschwächt wird.
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Zur Vermeidung des letztgenannten Problems ist es aus dem Dokument
DE 20 2006 013 082 U1 bekannt, einen Matrizenaufnahmeabschnitt mit einer Bohrung zu versehen, wobei in der Bohrung Befestigungsmittel vorgesehen sind, die sich an der Bohrungswand des Matrizenaufnahmeabschnittes abstützen, um ein Werkzeug oder einen Werkzeughalter lösbar an dem Matrizenaufnahmeabschnitt zu befestigen. Dies kann bspw. durch einen Gewindeeingriff erfolgen oder durch eine Schraube, die an einem Werkzeughalter über die Bohrung angreift, jedoch von einem der Matrize entgegengesetzten Ende. Auch ist es in dem Dokument beschrieben, zur Axialsicherung Klemmmittel vorzusehen, die nach dem Stirnkeilprinzip ausgebildet sein können, oder mit Elastomerelementen realisiert sind.
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Obgleich hierdurch das Problem vermieden wird, in dem Matrizenaufnahmeabschnitt eine Querbohrung zur Festlegung der Matrize vorsehen zu müssen, ist ein automatischer Matrizenwechsel nach wie vor nur schwierig realisierbar.
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Wechselmatrizen, die sich vergleichsweise einfach austauschen lassen, sind bspw. aus dem Dokument
DE 103 35 085 A1 bekannt. Die hier gezeigten Wechselmatrizen weisen einen Matrizenkopf und einen Matrizenschaft auf, wobei an dem Matrizenschaft eine Radialnut ausgebildet ist. An einem C-Rahmen können Schnellwechselaufnahmen vorgesehen sein, die bspw. als Rast-, Spann- oder Klemmverbindungen ausgebildet sein können. Ferner offenbar das Dokument eine Wechselstation, an der Setzköpfe und Matrizen vorrätig gehalten werden können.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Übergabestation, ein verbessertes Fügewerkzeugsystem sowie ein verbessertes Fügeverfahren anzugeben, wobei ein automatisierter Wechsel von Matrizen an einem Fügewerkzeug möglich ist. Der automatisierte Wechsel soll dabei vorzugsweise zum einen möglichst schnell realisierbar sein. Zum anderen sollen dennoch vorzugsweise hohe Haltekräfte in axialer Richtung zwischen der Wechselmatrize und dem Matrizenaufnahmeabschnitt eingerichtet werden, die ein versehentliches Herausziehen der Wechselmatrize aus dem Matrizenaufnahmeabschnitt nach einem Fügevorgang verhindern.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Übergabestation dadurch gelöst, dass eine Verdreheinrichtung zum Verdrehen der Wechselmatrize vorgesehen ist, so dass bei der Auslagerung der Wechselmatrize eine Dreh-Steck-Verbindung zwischen der Wechselmatrize und dem Fügewerkzeug einrichtbar ist.
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Bei dem eingangs genannten Fügewerkzeugsystem wird die obige Aufgabe dadurch gelöst, dass die Wechselmatrizen jeweils über eine Dreh-Steck-Verbindung mit dem Matrizenaufnahmeabschnitt des Fügewerkzeugs verbindbar sind, wobei die Übergabestation vorzugsweise dazu ausgebildet ist, die Wechselmatrizen an ihrem Matrizenkopf zu halten.
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Bei der eingangs genannten Wechselmatrize ist die Befestigungskontur vorzugsweise so ausgebildet, dass zwischen der Wechselmatrize und dem Fügewerkzeug eine Steck-Dreh-Verbindung einrichtbar ist.
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Bei dem Fügewerkzeug ist eine Befestigungseinrichtung vorzugsweise so ausgebildet, dass zwischen der Wechselmatrize und dem Fügewerkzeug eine Steck-Dreh-Verbindung einrichtbar ist.
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Schließlich wird die obige Aufgabe bei dem eingangs genannten Fügeverfahren dadurch gelöst, dass bei der Übernahme der Wechselmatrize in der Übergabestation eine Verdrehung der Wechselmatrize erfolgt.
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Das Verdrehen der Wechselmatrize erfolgt vorzugsweise um die Längsachse der Wechselmatrize herum.
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In der Übergabestation wird eine darin aufgenommene Wechselmatrize vorzugsweise in axialer Richtung der Wechselmatrize formschlüssig gehalten.
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Eine Steck-Dreh-Verbindung ist als eine Verbindung zu verstehen, die durch einen axialen Relativversatz zwischen Wechselmatrize und Fügewerkzeug und einen rotatorischen Relativversatz zwischen Wechselmatrize und Fügewerkzeug eingerichtet wird, wobei diese beiden Relativversätze nacheinander oder zumindest teilweise überlagert miteinander erfolgen können.
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Ferner wird unter einer Steck-Dreh-Verbindung eine solche Verbindung verstanden, bei der die Relativverdrehung zum Einrichtung der Steck-Dreh-Verbindung sich über einen Verdrehwinkel von < 360° erstreckt, insbesondere < 180°. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Verdrehwinkel zum Einrichten der Steck-Dreh-Verbindung in einem Bereich zwischen 30° und 150° liegt, insbesondere in einem Bereich zwischen 45° und 135°. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Verdrehwinkel genau 90°.
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Die Steck-Dreh-Verbindung kann dabei durch unmittelbares Verdrehen der Wechselmatrize relativ zu dem Matrizenaufnahmeabschnitt erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Drehbewegung durch ein weiteres Bauteil eingerichtet wird, bspw. einen Verschlussring, wie er in manchen Bajonett-Verbindungen verwendet wird.
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Folglich kann die Steck-Dreh-Verbindung durch zwei einfache Bewegungen realisiert werden, nämlich eine Längsbewegung zum Einführen des Matrizenschaftes in die Schaftaufnahme und eine Drehbewegung mit einem begrenzten Drehwinkel. Derartige Bewegungen lassen sich automatisiert vergleichsweise einfach und schnell durchführen, so dass automatisierte Matrizenwechsel leicht zu realisieren sind.
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Zudem kann eine derartige Steck-Dreh-Verbindung so realisiert werden, dass in axialer Richtung hohe Haltekräfte gegenüber einem Herausziehen der Matrize aus dem Matrizenaufnahmeabschnitt eingerichtet werden können. Somit können die Fügewerkzeuge auch ”über Kopf” verwendet werden, und ein versehentliches Abziehen der Matrize nach einem Fügevorgang kann ebenfalls sicher verhindert werden.
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Dadurch, dass die Übergabestation vorzugsweise dazu ausgebildet ist, die Wechselmatrizen an ihrem Matrizenkopf zu halten, ist es möglich, dass ein Matrizenschaft der Wechselmatrizen jeweils frei zugänglich ist. Hierdurch kann in der Übergabestation eine Übernahme der Wechselmatrize durch ein Fügewerkzeug dadurch erfolgen, dass ein Matrizenaufnahmeabschnitt in axialer Richtung auf die Wechselmatrize zu bewegt wird, derart, dass der Matrizenschaft in eine Schaftaufnahme des Matrizenaufnahmeabschnittes eingeführt wird.
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Durch die Maßnahme, bei dem erfindungsgemäßen Fügeverfahren bei der Übernahme der Wechselmatrize in der Übergabestation eine Verdrehung der Wechselmatrize durchzuführen, ist es zudem möglich, bei der Übernahme der Wechselmatrize in einen Matrizenaufnahmeabschnitt eine Dreh-Steck-Verbindung zwischen der Wechselmatrize und dem Fügewerkzeug einzurichten.
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Die Befestigungskontur ist vorzugsweise so ausgebildet, dass zumindest ein axialer Abschnitt der Befestigungskontur sich unmittelbar von einer Schaftstirnseite des Matrizenschaftes ausgehend erstreckt. Die Befestigungskontur ist vorzugsweise nicht rotationssymmetrisch. Ferner kann die Befestigungskontur einheitlich bzw. durchgehend ausgebildet sein, kann jedoch auch aus mehreren einzelnen Konturabschnitten bestehen, die nicht untereinander verbunden sind.
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Unter einer Wechselmatrize wird vorzugsweise ein einteiliges Bauteil verstanden, bei dem der Matrizenkopf und der Matrizenschaft einstückig miteinander verbunden sind. Generell ist es jedoch auch möglich, die Wechselmatrize durch eine Standardmatrize in Verbindung mit einem Matrizenadapter vorzusehen. In diesem Fall kann die Befestigungskontur an einem Schaft des Adapters ausgebildet sein, und die Matrize kann mit einem einfachen Matrizenschaft ohne Befestigungskontur ausgebildet sein, der im Wesentlichen permanent in einen Aufnahmeabschnitt des Matrizenadapters eingesetzt wird, beispielsweise mittels einer Madenschraube wie im Stand der Technik.
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Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Übergabestation ist es von Vorteil, wenn die Verdreheinrichtung dazu ausgebildet ist, eine in der Wechselmatrizenaufnahme aufgenommene Wechselmatrize zu verdrehen.
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Generell ist es zwar auch denkbar, eine solche Verdreheinrichtung so vorzusehen, dass eine Wechselmatrize erst aus der Wechselmatrizenaufnahme entnommen wird und anschließend verdreht wird. Durch die Maßnahme, die Wechselmatrize in der Wechselmatrizenaufnahme selbst zu verdrehen, kann die Übergabestation konstruktiv einfach realisiert werden.
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In einer Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn die Übergabestation zum Verdrehen der Verdreheinrichtung einen Matrizendrehantrieb aufweist.
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Hierbei wird die Drehbewegung der Wechselmatrize durch den Matrizendrehantrieb realisiert. Der Vorgang des Verdrehens der Wechselmatrize kann dabei mit hoher Zuverlässigkeit eingerichtet werden.
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Der Matrizendrehantrieb kann ein pneumatischer Antrieb sein, wobei beispielsweise ein Pneumatikzylinder mit einem Translations-Rotations-Wandler gekoppelt ist. Der Matrizendrehantrieb kann jedoch auch ein beliebiger anderer Antrieb sein, beispielsweise ein elektromotorischer Antrieb.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Verdreheinrichtung dazu ausgebildet, von dem Fügewerkzeug verdreht zu werden.
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Bei dieser Ausgestaltung ist die Verdreheinrichtung eine passive Einrichtung, die eine Verdrehbarkeit der Wechselmatrize in der Übergabestation ermöglicht. Die Antriebskraft zum Verdrehen der Wechselmatrize wird bei dieser Ausführungsform jedoch direkt oder indirekt über das Fügewerkzeug aufgebracht.
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Unter einer direkten Kraftübertragung von dem Fügewerkzeug auf die Verdreheinrichtung wird beispielsweise verstanden, dass das Fügewerkzeug als Aktuator verwendet wird.
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Das Fügewerkzeug ist vorzugsweise von einem Roboter geführt. Dieser kann so programmiert werden, dass das Fügewerkzeug beispielsweise an der Verdreheinrichtung direkt angreift, um diese zu verdrehen.
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Unter einer indirekten Kraftübertragung wird verstanden, dass die Kraft über eine Wechselmatrize erfolgt. Beispielsweise kann beim Einfahren in die Übergabestation die Matrize einen Schieber betätigen, der über ein Getriebe die Verdreheinrichtung verdreht. Auch ist es denkbar, dass bei einer Wechselmatrize mit einer schraubenlinienförmigen Befestigungskontur eine relative Axialbewegung zwischen Wechselmatrize und Fügewerkzeug eine Drehbewegung der Wechselmatrize mit sich bringt, die dann zum Verdrehen der Verdreheinrichtung dient.
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Insgesamt ist es ferner vorteilhaft, wenn die Wechselmatrizenaufnahme einen U-förmigen Abschnitt aufweist, in den hinein die Wechselmatrize in einer Richtung quer zu ihrer Längsachse einführbar ist.
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Eine derartige Ausgestaltung der Wechselmatrizenaufnahme ermöglicht zum einen eine formschlüssige Verbindung zwischen dem U-förmigen Abschnitt und der Wechselmatrize in axialer Richtung der Wechselmatrize, sobald die Wechselmatrize in den U-förmigen Abschnitt eingeführt ist. Zum anderen kann bei dieser Art der Einführung der Wechselmatrize in die Wechselmatrizenaufnahme (und aus dieser heraus) das Fügewerkzeug vergleichsweise einfach geführt werden, so dass beispielsweise eine Roboterprogrammierung vereinfacht ist.
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Generell ist es denkbar, dass ein Verdrehen der Wechselmatrize über eine separate Einrichtung an der Übergabestation erfolgt.
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Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn der U-förmige Abschnitt selbst relativ zu einer Basis der Übergabestation verdrehbar ausgebildet ist.
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Hierdurch kann die Wechselmatrize nach einem Einführen der Wechselmatrize in den U-förmigen Abschnitt verdreht werden.
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Es versteht sich hierbei, dass der U-förmige Abschnitt bei dieser Ausführungsform vorzugsweise an einer Drehmitnahmekontur der Wechselmatrize angreift, um die Wechselmatrize im aufgenommenen Zustand in Drehrichtung formschlüssig festzulegen und bei einer Drehbewegung des U-förmigen Abschnittes in Drehrichtung mitzunehmen.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der U-förmige Abschnitt gegenüber einer Basis der Übergabestation zwischen einer Übergabeposition und einer Verriegelungsposition bewegbar ist, derart, dass die Wechselmatrize in der Übergabeposition in die Wechselmatrizenaufnahme einführbar ist und in der Verriegelungsposition in der Übergabestation sicher gehalten ist.
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Wie oben erwähnt, wird die Wechselmatrize in dem U-förmigen Abschnitt vorzugsweise sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung formschlüssig gehalten. Durch die Realisierung einer Verriegelungsposition, die vorzugsweise durch eine Drehbewegung des U-förmigen Abschnittes erreicht wird, kann die Wechselmatrize in der Übergabestation auch in radialer Richtung formschlüssig aufgenommen werden, so dass eine versehentliche Entnahme oder ein versehentlicher Austausch von Wechselmatrizen vorzugsweise ausgeschlossen werden kann.
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Insgesamt ist es ferner vorteilhaft, wenn die Wechselmatrizenaufnahme an einer Basis der Übergabestation vorgesehen ist, wobei die Basis gegenüber einem ortsfesten Gestell der Übergabestation schwimmend gelagert ist.
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Dies ermöglicht es der Basis, beim Einlagern und Auslagern von Wechselmatrizen Ausgleichsbewegungen durchzuführen. Hierdurch kann die Funkitionssicherheit erhöht werden, und der Verschleiß kann verringert werden.
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Die schwimmende Lagerung kann beispielsweise durch eines oder mehrere elastomere Elemente erfolgen, über die die Basis an dem ortsfesten Gestell gelagert ist.
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Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform sind an einer Basis der Übergabestation wenigstens zwei Wechselmatrizenaufnahmen vorgesehen, wobei die Übergabestation ferner ein ortsfestes Gestell aufweist und wobei die Basis in Bezug auf das Gestell mittels eines Bereitstellungsantriebes bewegbar ist, um jeweils eine Wechselmatrizenaufnahme in eine Bereitstellungsposition zu versetzen.
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Generell ist es zwar möglich, die Steuerung eines Fügewerkzeuges so auszugestalten, dass das Fügewerkzeug nach Bedarf im Wesentlichen unbewegliche Wechselmatrizenaufnahmen an ihren jeweiligen Positionen anfahren kann.
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Bei der Ausgestaltung eines Bereitstellungsantriebes ist es möglich, jede Wechselmatrizenaufnahme nach Bedarf in die Bereitstellungsposition zu versetzen, so dass die Programmierung einer Steuerung des Fügewerkzeuges vereinfacht ist, da dieses zur Übernahme von Wechselmatrizen immer die Bereitstellungsposition anfahren kann.
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Eine derartige Ausgestaltung ist generell denkbar, wenn die mehreren Wechselmatrizenaufnahmen linear angeordnet sind. Von besonderem Vorzug ist diese Ausführungsform jedoch, wenn die Wechselmatrizenaufnahmen auf einer Kreisform angeordnet sind, so dass der Bereitstellungsantrieb als Drehantrieb ausgebildet werden kann.
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Ein derartiger Bereitstellungsantrieb kann, wie auch der oben genannte Matrizendrehantrieb, als hydraulischer Antrieb ausgebildet werden, oder auch als elektromotorischer Antrieb.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine eigene unabhängige Erfindung darstellt, ist die Wechselmatrizenaufnahme der Übergabestation so ausgebildet, dass die Wechselmatrize an ihrem Matrizenkopf gehalten ist und/oder der Matrizenschaft gegenüber der Wechselmatrizenaufnahme vorsteht.
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Zum einen ermöglicht dies das vergleichsweise einfache Bereitstellen einer Drehmitnahmekontur, nämlich vorzugsweise an dem Matrizenkopf. Über diese kann eine formschlüssige Verbindung zwischen Wechselmatrize und Wechselmatrizenaufnahme sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung realisiert werden.
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Zum anderen ermöglicht diese Ausgestaltung, dass der Matrizenschaft an der Übergabestation frei zugänglich ist, so dass eine Übernahme durch das Fügewerkzeug erfolgen kann, indem das Fügewerkzeug in axialer Richtung auf den Matrizenschaft ”aufgeschoben” wird. Durch die axial formschlüssige Lagerung der Wechselmatrize in der Übergabestation kann hierdurch eine definierte Axialposition der Wechselmatrize in Bezug auf das Fügewerkzeug eingerichtet werden. Durch die Verdreheinrichtung kann zudem eine Dreh-Steck-Verbindung bei dieser Art der Übernahme zwischen der Wechselmatrize und dem Fügewerkzeug eingerichtet werden.
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Eine weitere insgesamt bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Übergabestation ein ID-Sensor zugeordnet ist, der ein an der Wechselmatrize vorgesehenes ID-Merkmal erfassen kann.
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Bei dieser Ausgestaltung kann erreicht werden, dass ein System zur Steuerung des Fügewerkzeugsystems vorzugsweise zu jedem Zeitpunkt davon Kenntnis hat, welche Wechselmatrize sich in der Übergabestation, insbesondere in einer bestimmten Wechselmatrizenaufnahme der Übergabestation befindet, und/oder welche Wechselmatrize mit dem Fügewerkzeug verbunden ist. Hierdurch kann die Prozesssicherheit erhöht werden.
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Generell kann vorgesehen sein, für das Fügewerkzeugsystem einen der Übergabestation zugeordneten ID-Sensor vorzusehen. Vorzugsweise wird jeder Wechselmatrizenaufnahme ein eigener ID-Sensor zugeordnet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Fügewerkzeugsystem ist es bevorzugt, wenn das Fügewerkzeug dazu ausgebildet ist, einen Fügeprozess an einer Werkstückanordnung durchzuführen, die auf einer Wechselmatrize angeordnet ist, wobei das Fügewerkzeug eine axiale Kraft in einer ersten axialen Richtung auf die Werkstückanordnung ausüben kann und wobei die Dreh-Steck-Verbindung zumindest in der entgegengesetzten axialen Richtung form- und/oder kraftschlüssig ausgebildet ist.
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Durch diese Maßnahme kann erreicht werden, dass nach einem durchgeführten Fügevorgang die Wechselmatrize nicht versehentlich an der umgeformten Werkstückanordnung ”hängen bleibt” und auf diese Weise versehentlich aus dem Matrizenaufnahmeabschnitt des Fügewerkzeuges herausgezogen wird.
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An der Wechselmatrize ist vorzugsweise eine Drehmitnahmekontur ausgebildet, an der eine Verdreheinrichtung zum Verdrehen der Wechselmatrize angreifen kann und die vorzugsweise an dem Matrizenkopf ausgebildet ist.
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Mittels einer solchen Drehmitnahmekontur ist es zum einen möglich, die Wechselmatrize gezielt zu verdrehen, um die Steck-Dreh-Verbindung einzurichten.
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Ferner ist es durch die Drehmitnahmekontur möglich, die Wechselmatrize in einer Übergabestation in einer definierten Axial- oder Drehposition zu halten.
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Durch die Drehmitnahmekontur kann die Wechselmatrize dabei vorzugsweise in Drehung versetzt werden (oder in einer Drehposition gehalten werden), um die Steck-Dreh-Verbindung einzurichten.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Wechselmatrize mit Identifikationsmitteln ausgestattet, die optisch erfassbar sind, und/oder mit Identifikationsmitteln ausgestattet, die bei einer Bewegung der Wechselmatrize relativ zu einem Matrizenaufnahmeabschnitt ein charakteristisches akustisches Signal erzeugen können, das akustisch erfassbar ist.
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Generell können die Identifikationsmittel auch durch RFID-Mittel gebildet sein. Schließlich ist es auch denkbar, die Identität einer Wechselmatrize allein aufgrund ihres Matrizenmerkmals zu erfassen, das bspw. mittels einer Kamera oder dergleichen erfasst wird.
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Mittel zum Detektieren der Identifikationsmittel, wie ein ID-Sensor, können an dem Fügewerkzeug und/oder an einer Übergabestation angeordnet sein. Ferner können Mittel zum Detektieren der Identifikationsmittel auch dem Fügewerkzeug und/oder der Übergabestation lediglich zugeordnet sein, so, dass ein Fügewerkzeug an diesen Erfassungsmitteln vorbeifahren kann, bevor eine Matrize in der Übergabestation eingelagert wird und/oder eine Matrize von einem Fügewerkzeug übernommen wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Fügewerkzeug ist es von besonderem Vorzug, wenn die Befestigungseinrichtung des Matrizenaufnahmeabschnittes ein Sperrglied aufweist, das an einem Sperrabschnitt einer Befestigungskontur der Wechselmatrize angreifen kann, um die Wechselmatrize in axialer Richtung form- und/oder kraftschlüssig an dem Fügewerkzeug festzulegen.
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Das Sperrglied kann dabei ein in Bezug auf den Matrizenaufnahmeabschnitt starres Element sein.
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Von besonderem Vorzug ist es, wenn das Sperrglied in eine Schaftaufnahme des Matrizenaufnahmeabschnittes hineinragt.
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Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere dann von Vorzug, wenn eine Befestigungskontur an der Wechselmatrize durch eine Axialausnehmung und/oder eine Querausnehmung oder eine Helixausnehmung in dem Matrizenschaft gebildet ist.
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Ferner ist es bei dem erfindungsgemäßen Fügewerkzeug insgesamt vorteilhaft, wenn Werkzeug-Rastmittel vorgesehen sind, die dazu ausgebildet sind, mit Matrizen-Rastmitteln zusammenzuwirken, um eine in dem Matrizenaufnahmeabschnitt aufgenommenen Wechselmatrize in einer Dreh- und/oder Längsposition rastend festzulegen.
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Die Werkzeug-Rastmittel können dabei insbesonde
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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere realisierbar, ohne dass die Geometrie von Wechselmatrize, Matrizenhalter oder Rahmen des Fügewerkzeuges vergrößert werden müssen. Es lässt sich eine leicht zu realisierende Automatisierung eines Matrizenwechsels erzielen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Wechselmatrize im verbundenen Zustand in axialer Richtung formschlüssig mit dem Fügewerkzeug verbunden.
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Bei Verwendung von zwei tangential ausgerichteten Stiften als Sperrglieder in dem Matrizenaufnahmeabschnitt kann eine Axialausnehmung durch radial gegenüberliegende parallele Abflachungen an dem Matrizenschaft ausgebildet sein, die von der Stirnseite des Matrizenschaftes ausgehen.
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Eine Kegelform im Bereich des unteren Schaftbereiches kann ein sicheres Einführen der Matrize in den Matrizenaufnahmeabschnitt erleichtern.
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Die Wechselmatrizen können generell eine Außenform besitzen, die im Wesentlichen Standard-Matrizen entspricht.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wechselmatrize;
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2 eine schematisierte Querschnittsansicht entlang der Linie II-II der 1, wobei zusätzlich ein Teil des Kopfabschnittes und eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fügewerkzeuges dargestellt sind;
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3 eine der 1 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wechselmatrize;
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4 eine der 1 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wechselmatrize und einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fügewerkzeuges;
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5 eine Schnittansicht der Wechselmatrize entlang der Linie V-V der 4;
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6 eine schematische Darstellung eines Fügewerkzeugsystems mit einer Übergabestation, an der mehrere erfindungsgemäße Wechselmatrizen temporär gelagert sind, und mit einem schematisch angedeuteten Fügewerkzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, sowie mit Identifikationserfassungsmitteln;
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7 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wechselmatrize mit einer ersten Form von Identifikationsmitteln;
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8 eine Darstellung der Wechselmatrize der 7 nach einer Drehung um 90°;
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9 eine der 8 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Wechselmatrize mit einer weiteren Ausführungsform von Identifikationsmitteln;
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10 eine der 8 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Wechselmatrize mit einer weiteren Ausführungsform von Identifikationsmitteln;
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11 eine der 8 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Wechselmatrize mit einer weiteren Ausführungsform von Identifikationsmitteln;
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12 eine der 8 entsprechende Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Wechselmatrize mit einer weiteren Ausführungsform von Identifikationsmitteln;
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13 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Fügewerkzeuges mit einem Matrizenhalter gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sowie eine perspektivische Ansicht einer Wechselmatrize gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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14 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Übergabestation in einer Übergabeposition; 15 die Übergabestation der 14 in einer Verriegelungsposition;
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16 eine perspektivische schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Übergabestation;
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17 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Übergabestation in einer Übergabeposition;
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18 die Übergabestation der 17 in einer Verriegelungsposition;
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19 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Übergabestation;
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20 eine perspektivische, teils freigeschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Übergabestation;
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21 eine schematische Draufsicht auf eine Wechselmatrizenaufnahme der Übergabestation der 20 in einer Übergabeposition;
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22 die Wechselmatrizenaufnahme der 21 in einer Verriegelungsposition;
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23 eine Schnittansicht entlang der Linie XXIII-XXIII der 21; und
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24 eine schematische Darstellung eines Fügewerkzeuges mit einer Werkstückanordnung, an der ein Fügevorgang durchzuführen ist.
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In 1 und 2 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wechselmatrize schematisch von der Seite dargestellt und generell mit 10 bezeichnet.
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Die Wechselmatrize 10 weist einen Matrizenkopf 12 auf, der vorzugsweise im Querschnitt kreisförmig ist, sowie eine Matrizenschaft 14, der im Querschnitt vorzugsweise ebenfalls kreisförmig ist. Der Durchmesser des Matrizenschaftes 14 ist vorzugsweise kleiner als jener des Matrizenkopfes 12. Eine Längsachse ist bei 16 gezeigt.
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Der Matrizenkopf 12 weist eine Kopfstirnseite 20 auf, die von dem Matrizenschaft 14 abgewandt ist. An der Kopfstirnseite 20 ist ein Matrizenmerkmal 18 ausgebildet, bspw. in Form einer Axialausnehmung, wie sie zum Stanznieten oder für andere Fügeprozesse üblich ist.
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An einem Kopfumfangsabschnitt 24 des Matrizenkopfes 12 ist eine Drehmitnahmekontur 22 ausgebildet, die bspw. durch eine oder zwei sich kreissehnenartig erstreckende Radialnuten gebildet sein kann.
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Ein Schaftumfangsabschnitt ist in 1 mit 26 bezeichnet. Eine dem Matrizenkopf 12 abgewandte Schaftstirnseite ist mit 28 bezeichnet.
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An dem Matrizenschaft 14 ist eine Befestigungskontur 30 ausgebildet. Die Befestigungskontur 30 beinhaltet einen ersten Umfangsabschnitt 32, der einen Sperrabschnitt 34 aufweist. Der Sperrabschnitt 34 kann bspw. durch eine sich in Richtung quer zur Längsachse 16 erstreckende Querausnehmung 35 an dem Matrizenschaft 14 ausgebildet sein. Die Befestigungskontur 30 beinhaltet ferner einen zweiten Umfangsabschnitt 36, der als Freigabeabschnitt 38 ausgebildet ist. Der Freigabeabschnitt 38 beinhaltet vorzugsweise eine Längsausnehmung 39, die sich parallel zu der Längsachse 16 erstreckt. Der erste Umfangsabschnitt 32 und der zweite Umfangsabschnitt 36 schließen in Umfangsrichtung aneinander an, so dass sich im Wesentlichen eine L-förmige Kontur ergibt, wie es in 1 dargestellt ist. Die Befestigungskontur 30 erstreckt sich über einen Umfangswinkel, der vorzugsweise kleiner ist als 360° und insbesondere kleiner ist als 180°. Vorzugsweise liegt der Umfangswinkel in einem Bereich von 45° bis 135°, insbesondere in einem Bereich von 70° bis 110°.
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Die Wechselmatrize 10 weist ferner Matrizen-Rastmittel 42 auf, die vorzugsweise an dem Matrizenschaft 14 ausgebildet sind. Die Matrizen-Rastmittel 42 können bspw. durch eine Rastausnehmung 44 gebildet sein, wie es in 1 und 2 dargestellt ist.
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An dem Matrizenkopf 12 sind vorzugsweise Identifikationsmittel 46 ausgebildet.
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2 zeigt eine schematische Schnittansicht, und zwar in Verbindung mit einem Fügewerkzeug 50. Das Fügewerkzeug 50 weist einen Matrizenaufnahmeabschnitt 52 auf, der eine Schaftaufnahme 54 beinhaltet. Der Innendurchmesser der Schaftaufnahme 54 entspricht dem Außendurchmesser des Matrizenschaftes 14. Ferner beinhaltet das Fügewerkzeug 50 eine Befestigungseinrichtung 56, die vorliegend ein Sperrglied 58 aufweist, das sich in radialer Richtung in die Schaftaufnahme 54 hinein erstreckt. Das Sperrglied 58 kann bspw. durch einen Stift oder dergleichen gebildet sein, der radial ausgerichtet ist.
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Das Fügewerkzeug 50 weist ferner Werkzeug-Rastmittel 60 auf, die vorzugsweise ein Rastelement wie eine Kugel 62 und eine Feder 64 beinhalten.
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Die Werkzeug-Rastmittel 60 können mit den Matrizen-Rastmitteln 42 zusammenwirken, wie es in 2 gezeigt ist. Hierbei greift das Rastelement 62 in eine Rastausnehmung 44.
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2 zeigt die Wechselmatrize 10 in einer Drehposition B, bei der das Sperrglied 58 in den Sperrabschnitt 34 greift.
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Zuvor ist die Wechselmatrize 10 in axialer Richtung in den Matrizenaufnahmeabschnitt 52 eingesetzt worden, indem der Matrizenschaft 14 so in die Schaftaufnahme 54 eingeführt worden ist, dass das Sperrglied 58 in Umfangsrichtung mit den Freigabeabschnitt 38 ausgerichtet war. Hierdurch war ein axiales Einführen möglich, da der Freigabeabschnitt 38 sich von der Schaftstirnseite 28 aus erstreckt. Anschließend ist die Wechselmatrize 10 in Bezug auf den Matrizenaufnahmeabschnitt 52 verdreht worden, so dass das Sperrglied 58 in den Sperrabschnitt 34 gelangt ist. Somit ist eine Steck-Dreh-Verbindung eingerichtet. Die Steck-Dreh-Verbindung stellt hierbei in der in 2 dargestellten Position eine in axialer Richtung formschlüssige Verbindung zwischen der Wechselmatrize 10 und dem Matrizenaufnahmeabschnitt 52 her.
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In dieser Position sind ferner die Werkzeug-Rastmittel 60 mit den Matrizen-Rastmitteln 42 in Eingriff, so dass diese relative Drehposition nicht versehentlich (bspw. durch schnelle Bewegungen des Fügewerkzeuges 50) gelöst wird.
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In 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Wechselmatrize dargestellt und generell mit 10' bezeichnet. Die Wechselmatrize 10' entspricht hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Wechselmatrize 10. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
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Die Wechselmatrize 10' weist einen Matrizenschaft 14' mit einer Befestigungskontur 30' auf, die schraubenförmig am Außenumfang des Matrizenschaftes 14' ausgebildet ist. Die Befestigungskontur 30' erstreckt sich wiederum von der Schaftstirnseite aus und weist einen schmalen zweiten Umfangsabschnitt 36 mit einem Freigabeabschnitt 38' auf, an den sich die Schraubenkontur mit dem Sperrabschnitt 34' anschließt. In der in 3 gezeigten Drehposition befindet sich ein Sperrglied 58 eines Matrizenaufnahmeabschnittes 52 im Bereich eines Endes der Befestigungskontur 30'. In dieser Position ist die Wechselmatrize 10' gegenüber Abzugskräften aus dem Matrizenaufnahmeabschnitt 52 heraus axial durch einen kombinierten Form- und Kraftschluss gesichert. Das Sperrglied 58 kann sich dabei an dem Sperrabschnitt 34' abstützen, der durch die schraubenförmige Nut am Außenumfang des Schaftes 14' ausgebildet ist. Die Steigung der Befestigungskontur 30' ist vorzugsweise so, dass keine Selbsthemmung erzielt wird. Demzufolge ist die relative Drehposition zu dem Matrizenaufnahmeabschnitt 52 durch einen Rasteingriff zusätzlich zu sichern, wobei die Rastkraft vorzugsweise größer ist als bei der Ausführungsform der 1. Die Art und Weise der Rastmittel an Wechselmatrize 10' und Matrizenaufnahmeabschnitt 52 kann jedoch ansonsten im Wesentlichen gleich ausgebildet sein.
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Wie auch bei der vorherigen Ausführungsform kann eine Rastausnehmung 44 auch im Bereich der Schaftstirnseite 28 ausgebildet sein.
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In den 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Wechselmatrize 10'' dargestellt, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Wechselmatrize 10 der 1 und 2 entspricht. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert. Gleiches gilt für ein in 4 dargestelltes Fügewerkzeug 50''.
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Die Wechselmatrize 10'' weist einen Matrizenschaft 14'' auf, der mit einem Sackloch ausgebildet ist, das von der Schaftstirnseite ausgeht. Im Inneren des Sackloches steht ein Sperrglied vor, das in 4 mit 58'' bezeichnet ist und das die Befestigungskontur 30'' der Wechselmatrize 10'' bildet.
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Bei dieser Ausführungsform beinhaltet der Matrizenaufnahmeabschnitt 52'' eine Schaftaufnahme 54'', die einen vom Boden aus vorstehenden Zapfen aufweist, der dazu ausgelegt ist, in das Sackloch des Matrizenschaftes 14'' einzudringen. An dem Zapfen ist eine Befestigungskontur ausgebildet, die in 5 mit 56'' bezeichnet ist und die vom Aufbau her der Befestigungskontur 30 der Wechselmatrize 10 der 1 entsprechen kann. Bei dieser Ausführungsform sind die Funktionen von Sperrglied 58 und Befestigungskontur 30 folglich zwischen Wechselmatrize 10'' und Matrizenaufnahmeabschnitt 52'' vertauscht gegenüber der Ausführungsform der 1.
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In 4 ist bei 58 schematisch ein Sperrglied angedeutet, wie es bei der Ausführungsform der 1 verwendet würde.
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In 6 ist ein Abschnitt eines Fügewerkzeuges 50 dargestellt, wobei das Fügewerkzeug 50 einen Matrizenhalter 68 aufweist, der über eine lösbare Verbindung 70 (bspw. eine Schraubverbindung) mit einem Rahmen 72 des Fügewerkzeugs 50 starr verbunden ist, bspw. einem C-Rahmen für Stanznietprozesse.
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Der Matrizenhalter 68 ist folglich auf einfache Weise austauschbar.
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An dem Matrizenhalter 68 ist der Matrizenaufnahmeabschnitt 52 ausgebildet, mit der Schaftaufnahme 54 und einem in die Schaftaufnahme 54 ragenden Sperrglied 58.
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Das Fügewerkzeug 50 bildet gemeinsam mit einer Mehrzahl von Wechselmatrizen 10 und einer Übergabestation 76 ein Fügewerkzeugsystem 74.
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Die Übergabestation 76 dient zum temporären Lagern von wenigstens einer, insbesondere einer Mehrzahl von Wechselmatrizen 10. In 6 ist schematisch eine Übergabestation 76 gezeigt, an der zwei Wechselmatrizen 10 gelagert werden können. Die Übergabestation 76 ist so aufgebaut, dass die Wechselmatrizen 10 linear angeordnet sind. Es versteht sich, dass die Wechselmatrizen jedoch auch auf einer Kreisbahn angeordnet sein können.
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Die Übergabestation 76 weist eine Basis 78 auf, die eine erste Wechselmatrizenaufnahme 80 und eine zweite Wechselmatrizenaufnahme 82 aufweist. Die Wechselmatrizenaufnahmen 80, 82 sind jeweils identisch aufgebaut, so dass im Folgenden lediglich die erste Wechselmatrizenaufnahme 80 beschrieben werden wird.
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Die erste Wechselmatrizenaufnahme 80 beinhaltet einen U-förmigen Abschnitt 84, der relativ zu der Basis 78 verdrehbar ist.
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Der U-förmige Abschnitt 84 ist im Wesentlichen horizontal angeordnet. Der U-förmige Abschnitt 84 ist so dimensioniert, dass eine jeweilige Wechselmatrize 10 in im Wesentlichen horizontaler Lage, insbesondere jedoch in einer Richtung quer zur Längsachse der Wechselmatrize 10 in den U-förmigen Abschnitt 84 eingefahren werden kann. Der U-förmige Abschnitt ist ferner so ausgebildet, dass er an der Drehmitnahmekontur 22 der Wechselmatrize 10 angreift, um, im aufgenommenen Zustand, die Wechselmatrize 10 in Drehrichtung zu halten, insbesondere formschlüssig zu halten.
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Die Wechselmatrize 10 wird in der Wechselmatrizenaufnahme 80 so gehalten, dass deren Matrizenschaft 14 freiliegt, also für eine Übernahme in den Matrizenaufnahmeabschnitt 52 zugänglich ist.
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Dem U-förmigen Abschnitt 84 ist eine Verdreheinrichtung 88 zugeordnet. Mittels der Verdreheinrichtung 88 kann der U-förmige Abschnitt 84 relativ zu der Basis 78 verdreht werden, und zwar zwischen der in 6 gezeigten Position, bei der der U-förmige Abschnitt geöffnet ist, und einer weiteren Position, bei der sich der U-förmige Abschnitt 84 so in Bezug auf die Basis 78 verdreht hat, dass die Wechselmatrize 10 zum Teil von dem U-förmigen Abschnitt und zum Teil von der Basis 78 umfänglich umgeben ist. Hierdurch kann die Wechselmatrize 10 in dieser zweiten Position an der Übergabestation 76 verriegelt aufgenommen sein.
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Mittels der Verdreheinrichtung 88 kann der U-förmige Abschnitt 84 auch wieder zurückverdreht werden, um die Wechselmatrizenaufnahme 80 zu öffnen und ein Entnehmen der Wechselmatrize 10 aus der Übergabestation 76 zu ermöglichen.
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Die Verdreheinrichtung 88 kann eine aktive Verdreheinrichtung 88 sein. Zu diesem Zweck kann ein Verdrehantrieb vorgesehen sein, der den U-förmigen Abschnitt 84 (und vorzugsweise sämtliche U-förmigen Abschnitte 84 gleichzeitig) verdreht. Der Drehantrieb kann bspw. ein pneumatischer, ein elektrischer oder ein sonstiger Antrieb sein.
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Die Verdreheinrichtung 88 kann jedoch auch eine passive Verdreheinrichtung sein, die lediglich eine Verdrehung ermöglicht. Ein Antrieb zum Verdrehen des U-förmigen Abschnittes kann hierbei bspw. dadurch erfolgen, dass das Werkzeug 50 eine derartige Drehbewegung direkt oder indirekt erzeugt.
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Die Basis 78 ist an einem ortsfesten Gestell 90 über eine Mehrzahl von elastischen Elementen 92 gelagert, so dass die Basis 78 schwimmend gelagert ist. Dies ermöglicht es der Basis, beim Einlagern und Auslagern von Wechselmatrizen Ausgleichsbewegungen durchzuführen. Dies erhöht die Funktionssicherheit und verringert den Verschleiß.
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Das Übernehmen einer Wechselmatrize 10 aus der Übergabestation 76 in den Matrizenaufnahmeabschnitt 52 erfolgt folgendermaßen, wobei das Verfahren von einem Zustand ausgeht, bei dem die Wechselmatrize 10 in der Übergabestation 76 verriegelt ist, der U-förmige Abschnitt 84 folglich so verdreht ist, dass die Wechselmatrizenaufnahme 80 geschlossen ist.
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In einem ersten Schritt wird das Werkzeug 50 so bewegt (insbesondere mittels eines Roboters oder dergleichen), dass der Matrizenaufnahmeabschnitt 52 auf den Matrizenschaft 14 zubewegt wird, wie es bei 94 gezeigt ist. Die Drehposition des Werkzeugs 50 ist dabei so gewählt, dass das Sperrglied 58 in Umfangsrichtung mit dem Freigabeabschnitt 38 der Befestigungskontur 30 ausgerichtet ist. Folglich kann der Matrizenschaft 14 in die Schaftaufnahme 54 eingeführt werden. Sobald sich das Sperrglied 58 in axialer Richtung gesehen auf der Höhe des Sperrabschnittes 34 (siehe 1), wird der U-förmige Abschnitt 84 mittels der Verdreheinrichtung 88 verdreht, wie es bei 96 gezeigt ist.
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Durch die Drehbewegung wird das Sperrglied 58 in den Sperrabschnitt 34 überführt. Gleichzeitig wird die Wechselmatrizenaufnahme 80 geöffnet, so dass der U-förmige Abschnitt 84 freiliegt, wie es in 6 dargestellt ist.
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Anschließend kann die Wechselmatrize 10 aus der Wechselmatrizenaufnahme 80 in einer Richtung quer zu ihrer Längsachse entnommen werden, wie es 98 dargestellt ist.
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Das Einlagern einer Wechselmatrize 10 erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. Zunächst wird die Wechselmatrize mittels des Werkzeuges 50 in die geöffnete Wechselmatrizenaufnahme 80 translatorisch eingeschoben (entgegen der Pfeilrichtung 98). Anschließend erfolgt ein Verdrehen der Wechselmatrize 10 mittels der Verdreheinrichtung 88 (entgegen der Richtung 96). Hierdurch wird das Sperrglied 58 aus dem Sperrabschnitt 34 in den Freigabeabschnitt 38 der Befestigungskontur 30 bewegt. Gleichzeitig wird die Wechselmatrize 10 in der Wechselmatrizenaufnahme 80 verriegelt. Anschließend kann das Werkzeug 50 axial von dem Matrizenschaft 14 abgezogen werden, entgegen der Pfeilrichtung 94.
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In vielen Fällen ist es wünschenswert, zu wissen und zu dokumentieren, welche Wechselmatrize sich innerhalb des Fügewerkzeugsystems 74 wo befindet. Zu diesem Zweck kann, wie oben in Bezug auf 1 erwähnt, die Wechselmatrize 10 ein Identifikationsmittel 46 aufweisen.
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In entsprechender Weise kann das Fügewerkzeugsystem 74 einen Identifikationsmittelsensor 100 aufweisen (Identifikationserfassungsmittel), der der Übergabestation 76 und/oder dem Werkzeug 50 zugeordnet sein kann. Der ID-Sensor 100 kann ein optischer Sensor, wie ein Scanner, eine Kamera oder dergleichen sein. Der Identifikationsmittelsensor 100 kann jedoch auch ein akustischer Sensor (Mikrofon) sein, oder ein RFID-Sensor.
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Der Identifikationsmittelsensor 100 kann neben der Übergabestation 76 angeordnet werden, wie es in 6 dargestellt ist. In diesem Fall könnte das Werkzeug vor einem Einlagerungs- oder Auslagerungsvorgang an dem Identifikationsmittelsensor 100 vorbeigefahren werden, um den Einlagerungs- bzw. Auslagerungsprozess zu dokumentieren.
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Für eine erhöhte Sicherheit ist es jedoch wünschenswert, dass jeder Wechselmatrizenaufnahme 80, 82, etc. ein eigener Identifikationsmittelsensor 100 zugeordnet ist.
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Für den Fall, dass der Identifikationsmittelsensor 100 eine Kamera oder einen optischen Scanner beinhaltet, ist es generell auch denkbar, an der Wechselmatrize 10 keine separaten Identifikationsmittel 46 vorzusehen. Vielmehr ist es denkbar, dass die jeweilige Wechselmatrize aufgrund ihres Matrizenmerkmals 18 identifiziert wird.
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In den 7 bis 12 sind unterschiedliche Arten von Identifikationsmitteln 46 gezeigt. Die 7 und 8 zeigen eine Wechselmatrize 10 mit Identifikationsmitteln 46, die in Form von radialen Rillen 102 an dem Außenumfang des Matrizenschaftes 14 ausgebildet sind. Die Rillen sind für jede Wechselmatrize charakteristisch. An dem Fügewerkzeug 50 sind in diesem Fall vorzugsweise Mittel vorgesehen, die beim Überfahren dieser Rillen 102 ein Geräusch erzeugen. Diese Mittel können bspw. durch die Werkzeug-Rastmittel 60 oder andere Rastmittel gebildet sein. Das charakteristische Geräusch kann dann von einem akustischen Sensor aufgenommen werden, der das akustische Signal zur Identifizierung der Wechselmatrize 10 auswertet.
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9 stellt eine der 8 vergleichbare Ansicht dar, wobei ebenfalls Rillen zur Identifizierung verwendet werden, die in 9 mit 102a bezeichnet sind. In 9 sind die Rillen 102a jedoch als Längsrillen ausgebildet, die ein charakteristisches Merkmal für die Wechselmatrize 10 darstellen.
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In den 10 bis 12 sind jeweils optisch erfassbare Identifikationsmittel 46 gezeigt. 10 zeigt dabei einen auf dem Kopfumfangsabschnitt 24 aufgebrachten Barcode 102b. 11 zeigt einen an dem Kopfumfangsabschnitt 24 aufgebrachten 2D-Code 102c. 12 zeigt einen alphanumerischen Code 102d, der an dem Kopfumfangsabschnitt 24 aufgebracht ist.
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Bei Anbringung von Identifikationsmitteln 46 an dem Kopfumfangsabschnitt 24 ist es bevorzugt, wenn diese in Umfangsrichtung zwischen Drehmitnahmekonturen 22 angeordnet sind.
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In 13 ist eine weitere Ausführungsform eines Fügewerkzeuges 50 mit einem Matrizenhalter 68 gezeigt. Ferner ist dort eine Wechselmatrize 10 gezeigt. Diese Ausführungsformen entsprechen hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Ausführungsform der 1. Gleiche Elemente sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
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Die Wechselmatrize 10 weist einen Matrizenschaft 14 auf, der zur Bildung der Querausnehmung 35 eine Umfangsnut mit etwa dreieckigem Querschnitt beinhaltet. Der Freigabeabschnitt 38 ist durch zwei parallele, diametral gegenüberliegende Abflachungen gebildet, die Längsausnehmungen 39 bilden und von denen in 13 nur eine dargestellt ist.
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An der Schaftstirnseite 28 ist eine Rastausnehmung 44' ausgebildet, die als diametrale, im Querschnitt dreieckige Ausnehmung ausgebildet ist.
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Der Matrizenaufnahmeabschnitt 52 weist auf einer axialen Höhe entsprechend der Querausnehmung 35 zwei dünne Sperrstiftbohrungen 106 auf. Die Sperrstiftbohrungen 106 sind tangential zu der Schaftaufnahme 54 ausgerichtet. In die Sperrstiftbohrungen 106 sind zwei Sperrstifte 108 eingesetzt. Der Abstand der Sperrstifte 108 (in 13 mit D2 bezeichnet) entspricht dabei dem radialen Abstand der Längsausnehmungen 39 der Wechselmatrize 10. Der Abstand zwischen den Längsachsen der Sperrstifte 108 (in 13 mit D1 bezeichnet) ist vorzugsweise identisch zu dem Innendurchmesser der Schaftaufnahme 54.
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Die Abmessungen sind folglich so gewählt, dass die Wechselmatrize 10 in der in 13 gezeigten Darstellung mit ihrem Matrizenschaft 14 in die Schaftaufnahme 54 eingeführt werden kann, da die Längsausnehmungen 39 genau zwischen die Sperrstifte 108 passen. Sobald der Matrizenkopf 12 auf der Oberfläche des Matrizenaufnahmeabschnittes 52 aufliegt, befinden sich die Sperrstifte 108 auf axialer Höhe der Querausnehmung 35, so dass die Wechselmatrize 10 innerhalb der Schaftaufnahme 54 verdreht werden kann, insbesondere um 90°, um auf diese Weise eine formschlüssige Steck-Dreh-Verbindung einzurichten.
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Zur Realisierung der Werkzeug-Rastmittel 60 ist ein Rastelement in Form einer Hohlbuchse 62' vorgesehen, die an ihrem einen Ende keilförmig zuläuft, so dass sich ein Rastkamm ergibt, der in die Rastausnehmung 44' eingreifen kann. Wie es im Detail in 14 und 16 dargestellt ist, ist innerhalb des Rastelementes 62' ein Federelement 64' angeordnet, das sich in axialer Richtung an einem Haltestift 110 abstützt. Der Haltestift 110 ist dabei über eine Haltestiftbohrung 112 in dem Matrizenhalter 68 und über Längsöffnungen 116 in dem Rastelement 62' eingeführt.
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Die Montage dieser Rastmittel 60 ist vergleichsweise einfach, da die Schaftaufnahme 54 vorzugsweise als axial durchgängige Bohrung in dem Matrizenhalter 68 ausgebildet ist.
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In 13 ist ferner eine Auswurföffnung 114 zu erkennen, die sich schräg nach oben in Richtung hin zu der Schaftaufnahme 54 erstreckt und die in dem Matrizenhalter 68 ausgebildet ist. Über die Auswurföffnung 114 kann eine Wechselmatrize 10 zwangsweise ausgeworfen werden, sofern diese sich in dem Matrizenhalter 68 verklemmt hat oder dergleichen.
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In 13 ist bei 118 eine Befestigungsbohrung 118 für die lösbare Befestigung des Matrizenhalters 68 an einem Rahmen dargestellt, ähnlich der Funktion, wie sie in 6 gezeigt ist.
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In den nachstehenden 14 bis 23 sind weitere Ausführungsform von Übergabestationen gezeigt, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Übergabestation 76 der 6 entsprechen. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
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Die in den 14 und 15 gezeigte Übergabestation 76 weist für die Verdreheinrichtung 88 einen Drehantrieb 121 auf. Der Drehantrieb 121 ist gebildet durch einen Pneumatikzylinder 122, dessen Kolbenstange 124 mit einem Schieber 126 verbunden ist. Der Schieber 126 ist dazu ausgelegt, U-förmige Abschnitte 84 von zwei Wechselmatrizenaufnahmen 80, 82 zwischen einer Übergabeposition 127, wie sie in 14 gezeigt ist, und einer Verriegelungsposition 128 zu bewegen, wie sie in 15 gezeigt ist.
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Bei der in 14 gezeigten Übergabeposition kann ein Fügewerkzeug 50 so transversal in die Wechselmatrizenaufnahme eingeführt werden (in 14 die Wechselmatrizenaufnahme 82), dass der U-förmige Abschnitt an dem Kopf der Wechselmatrize 10 angreift, genauer an einer Drehmitnahmekontur 22, derart, dass die Wechselmatrize 10 anschließend in der Wechselmatrizenaufnahme 82 in axialer Richtung und in Umfangsrichtung formschlüssig gehalten wird.
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Durch Verdrehen der U-förmigen Abschnitte 84 von der Übergabestation 127 in die Verriegelungsposition 128, wie es in 15 bei 96' gezeigt ist, kann die Wechselmatrize 10 in der Übergabestation 76 auch in radialer Richtung formschlüssig gehalten werden.
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Durch die Verdrehbewegung 96' wird die Wechselmatrize 10 innerhalb eines Matrizenaufnahmeabschnittes des Fügewerkzeuges 50 verdreht, und zwar von einer Sperrposition in eine Freigabeposition, so dass das Fügewerkzeug anschließend in axialer Richtung von dem Matrizenschaft der Wechselmatrize 10 abgezogen werden kann, wie es in 15 bei 94' gezeigt ist, um auf diese Weise die vorher eingerichtete Dreh-Steck-Verbindung zwischen Wechselmatrize 10 und Fügewerkzeug 50 zu lösen. Das Übernehmen einer Wechselmatrize 10 aus der Übergabestation 76 erfolgt in der genau umgekehrten Reihenfolge.
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16 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Übergabestation 76, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Ausführungsform der 14 und 15 entsprechen kann. Hierbei ist die Basis 78 der Übergabestation 76 jedoch nicht direkt über elastische Elemente 92 an einem ortsfesten Gestell 90 festgelegt. Vielmehr ist die Basis 78 direkt, oder über elastische Elemente 92, an einem Schlitten 130 festgelegt, der in Bezug auf das ortsfeste Gestell 90 versetzt werden kann, wie es in 16 bei 132 gezeigt ist. Hierdurch ist es möglich, jede Wechselmatrizenaufnahme 80, 82 in eine in 16 bei 134 gezeigte Bereitstellungsposition zu versetzen, so dass ein Fügewerkzeug lediglich auf eine Übergabeposition in Bezug auf die Übergabestation eingelernt werden muss.
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Ein Bereitstellungsantrieb zum Versetzen des Schlittens 130 in Bezug auf das ortsfeste Gestell 90 ist in 16 schematisch bei 136 angedeutet. Dieser Bereitstellungsantrieb 136 kann pneumatisch oder elektromotorisch ausgebildet sein.
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In den 17 und 18 ist eine weitere Ausführungsform einer Übergabestation 76 gezeigt. Diese weist einen der Basis 78 axial verschieblichen Schieber 138 auf, an dem ein U-förmiger Abschnitt 84 verdrehbar gelagert ist. Der U-förmige Abschnitt 84 ist über ein Getriebe 140 mit der Basis 78 gekoppelt. Das Getriebe 140 kann beispielsweise ein Glied aufweisen, das gelenkig an der Basis 78 und gelenkig an dem U-förmigen Abschnitt 84 angelenkt ist. Wenn ein Fügewerkzeug 50 eine Wechselmatrize 10 in transversaler Richtung in den U-förmigen Abschnitt 84 einfährt, wird der Schieber 138 parallel hierzu in die Basis 78 eingeschoben, was zur Folge hat, dass sich der U-förmige Abschnitt 84 mittels des Getriebes 140 verdreht, wie es in 17 durch einen Pfeil angedeutet ist.
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Diese Art von Übergabestation stellt folglich eine passive Verdreheinrichtung 88 bereit, so dass ein separater Matrizendrehantrieb, wie der Drehantrieb 121 der 14 und 15, nicht erforderlich ist.
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Bei den obigen Ausführungsformen sind mehrere Wechselmatrizenaufnahmen 80, 82 linear angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, eine Mehrzahl von Wechselmatrizen 80, 82 auf einer Kreisform anzuordnen. Ein derartiges Konzept ist in 19 schematisch dargestellt. Hierbei kann die Basis 78 kreisförmig sein, wobei an dem Außenumfang der Basis 78 eine Mehrzahl von Wechselmatrizenaufnahmen 80, 82, etc. vorgesehen ist. Die Basis 78 wird dabei vorzugsweise mittels eines Bereitstellungsantriebs 136 verdreht, um eine gewünschte Wechselmatrizenaufnahme in eine Bereitstellungsposition zu verfahren, ähnlich, wie es in 16 gezeigt ist. Ferner kann auch einer derartigen Übergabestation ein Drehantrieb 121 zugeordnet sein, der U-förmige Abschnitte der jeweiligen Wechselmatrizenaufnahmen zwischen einer Übergabeposition und einer Verriegelungsposition verdrehen kann. Hierzu sind in 19 zwei schematische Pneumatikzylinder angedeutet, die diese Funkition erfüllen können. Der Bereitstellungantrieb 136 könnte dabei schrittweise arbeiten.
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Alternativ kann ein Bereitstellungsantrieb 136 und ein Drehantrieb 121 jedoch auch durch einen Elektromotor oder durch zwei Elektromotoren gebildet sein. Bei Verwendung eines Elektromotors oder eines sonstigen einzelnen Drehantriebes ist es auch möglich, beide Funktionen (Matrizendrehen und Verdrehen in eine Bereitstellungsposition) mittels eines Freilaufes oder dergleichen zu realisieren.
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In den 20 bis 23 ist eine weitere Ausführungsform einer Übergabestation 76 gezeigt, die sich insbesondere für Wechselmatrizen eignet, wie sie schematisch in 3 dargestellt sind. Hierbei kann sich ein U-förmiger Abschnitt 84 vorzugsweise über ein Axiallager 146 an einer Basis 78 der Übergabestation 76 abstützen. Ein Drehantrieb ist hierbei nicht erforderlich. Denn bei einer axialen Relativbewegung 94 zwischen Fügewerkzeug und Wechselmatrize 10' wird automatisch eine Relativverdrehung der Wechselmatrize 10' bewirkt, wie es in 20 bei 96 dargestellt ist.
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Die Übergabestation 76 weist ferner für jede Wechselmatrizenaufnahme 80, 82 etc. jeweils einen eigenen ID-Sensor auf, der vorzugsweise so ausgebildet ist, dass er ein Identifikationsmittel erfassen kann, das am Matrizenkopf einer in der Wechselmatrizenaufnahme aufgenommenen Wechselmatrize ausgebildet ist.
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24 schließlich zeigt ein Fügewerkzeug 50 mit einem C-Rahmen 150, an dessen einem Schenkel ein Fügewerkzeug wie beispielsweise ein Stanzwerkzeug 152 angebracht ist, das dazu ausgelegt ist, eine Axialkraft 154 auszuüben. An dem anderen Schenkel des C-Rahmens ist ein Matrizenaufnahmeabschnitt 52 zur Aufnahme einer Wechselmatrize 10 ausgebildet.
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Ein Fügevorgang wird durchgeführt, indem eine Werkstückanordnung 156 auf die Wechselmatrize 10 aufgelegt wird, und anschließend auf die Werkstückanordnung 156 die Axialkraft 154 ausgeübt wird.
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Hierbei kann Material aus der Werkstückanordnung 156 in ein Matrizenmerkmal 18 eindringen. Bei dem Lösen der Werkstückanordnung 156 von der Wechselmatrize 10 können dabei Axialkräfte auftreten. Durch die Dreh-Steck-Verbindung zwischen der Wechselmatrize 10 und dem Matrizenaufnahmeabschnitt 52 wird verhindert, dass die Wechselmatrize 10 sich hierbei aus dem Matrizenaufnahmeabschnitt 52 löst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006013082 U1 [0007]
- DE 10335085 A1 [0009]